含氮多齿配体过渡金属配合物的核酸酶活性研究

摘要

近年来,化学核酸酶在模拟天然核酸酶、作为DNA结构探针、DNA分子光开关、DNA断裂试剂、抗肿瘤药物等方面的理论研究和应用实践,已成为化学和生物学中十分活跃的研究领域。本论文围绕这一领域,选用多吡啶和1,2,4,-三唑配体作为主要构筑元件,设计合成了32个未见文献报道的过渡金属配合物,解析了其单晶结构,应用元素分析、红外光谱和质谱等方法进行了表征；采用电子吸收光谱、荧光光谱、圆二色谱、电化学、黏度和琼脂糖凝胶电泳等方法研究了配合物的核酸酶活性；利用MTT法、AO/EB双荧光法、流式细胞术(FCM)和细胞克隆形成实验等对部分配合物的抗肿瘤活性进行了初步的研究,为金属配合物抗肿瘤药物的研究和开发提供了有价值的信息。此外,对部分多核配合物的磁性也进行了探讨。
　　 本论文主要研究成果如下:
　　 1、以1,4-tpbd为主要配体设计合成了20个过渡金属配合物。化学核酸酶活性研究表明:近生理条件下,配合物均表现出有效的核酸酶活性。其中,配合物1-4是通过水解和氧化两种途径断裂DNA的,而配合物5-20则是通过氧化途径断裂DNA的。在pH=7.2和37℃条件下,配合物1-4水解断裂DNA的催化速率常数kcat分别为2.94 h-1,4.23 h-1,2.97 h-1,2.95 h-1。配合物5-7的体外抗肿瘤活性研究结果:噻唑兰实验(MTT assay)表明这三个配合物对人宫颈癌细胞(Hela Cell)均有抑制作用,且具有浓度依赖性,定量计算得到IC50值(半数抑制率)分别为14.75,13.67,16.58μM,表明它们具有潜在的作为抗肿瘤药物的能力；AO/EB双荧光染色实验和流式细胞分析实验证实它们是通过诱导细胞凋亡而导致肿瘤细胞死亡的,定量计算出细胞的凋亡率；三个配合物对体外肿瘤细胞克隆形成能力均有不同程度的抑制作用,且具有浓度依赖性,表明它们具有一定程度上的抗肿瘤转移的能力。
　　 2、以1,3-tpbd为主要配体设计合成了7个过渡金属配合物。化学核酸酶活性研究表明:近生理条件下,配合物均表现出有效的核酸酶活性。其中,铜配合物21-24是通过水解和氧化两种途径断裂DNA的。在pH=7.2和37℃条件下,配合物21-24水解断裂DNA的催化速率常数kcat分别为3.47 h-1,5.16 h-1,4.64 h-1,2.13 h-1。而镍配合物25-27可能是以单线态氧和羟基自由基作为反应的活性物种氧化断裂DNA的。
　　 3、以1,2,4,-三唑为配体设计合成了5个过渡金属配合物。近生理条件下,配合物均表现出有效的核酸酶活性,其中配合物28是通过水解的途径断裂DNA的,催化速率常数kcat为2.58 h-1。配合物29-30为两个双核铜配合物,是以氧化方式断裂DNA。多核配合物31-32在氧化还原剂诱导下能显著增强断裂DNA的能力。这为设计多核核酸酶断裂试剂提供了有价值的信息。此外,我们还探讨了多核配合物31-32的磁构关系,发现四核镍配合物31中,镍离子之间存在反铁磁相互作用,而配合物32为一个轮状八核铜,它是一个基于spin canting的隐藏的弱铁磁体(hidden weak ferromagnet)。
　　 本论文主要研究了多吡啶和1,2,4,-三唑作为主要构筑元件的过渡金属配合物的化学核酸酶活性,计算了一些量化参数,归纳总结了过渡金属配合物的结构与生物活性的相关性,为设计合成高效新型的、结构简单的化学核酸酶以及为深入了解小分子金属配合物作为抗肿瘤药物的作用机理提供了有价值的信息。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

引言

第一节 金属配合物与DNA作用的研究方法

1.1.1 电子吸收光谱

1.1.2 荧光光谱

1.1.3 圆二色谱

1.1.4 电化学方法

1.1.5 黏度法

1.1.6 凝胶电泳法

1.1.7 X-射线单晶衍射法

第二节 配合物与DNA作用的基本形式

1.2.1 共价结合

1.2.2 非共价结合

1.2.3 切割作用

第三节 金属配合物抗肿瘤药物

1.3.1 抗肿瘤铂配合物

1.3.2 抗肿瘤钌配合物

1.3.3 抗肿瘤铑配合物

1.3.4 抗肿瘤钯配合物

1.3.5 抗肿瘤锡配合物

1.3.6 抗肿瘤金配合物

1.3.7 抗肿瘤铜配合物

1.3.8 抗肿瘤铁配合物

1.3.9 抗肿瘤稀土配合物

第四节 选题意义

参考文献

第二章 1,4-tpbd配体构筑的过渡金属配合物的结构和核酸酶活性研究

引言

第一节 实验部分

2.1.1 实验材料与仪器

2.1.2 实验方法

第二节 过渡金属铜配合物的合成、结构及核酸酶活性研究

2.2.1 配体及配合物的合成与表征

2.2.2 晶体结构测定及其结构描述

2.2.3 配合物的核酸酶活性研究

第三节 过渡金属锌、钴、镍、镉配合物的合成、结构及核酸酶活性研究

2.3.1 配合物的合成及其表征

2.3.2 晶体结构测定及其描述

2.3.3 配合物的核酸酶活性研究

第四节 小结

参考文献

第三章 1,3-tpbd配体构筑的过渡金属配合物的结构和核酸酶活性研究

引言

第一节 实验部分

3.1.1 实验材料与仪器

3.1.2 实验方法

第二节 过渡金属铜配合物的合成、结构及核酸酶活性研究

3.2.1 配体及配合物的合成与表征

3.2.2 晶体结构测定及其描述

3.2.3 配合物的核酸酶活性研究

第三节 过渡金属镍配合物的合成、结构及核酸酶活性研究

3.3.1 配合物的合成与表征

3.3.2 晶体结构测定及其描述

3.3.3 配合物的核酸酶活性研究

第四节 小结

参考文献

第四章 1,2,4-三唑配体构筑的过渡金属配合物的结构和核酸酶活性研究

引言

第一节 实验部分

4.1.1 实验材料与仪器

4.1.2 实验方法

第二节 双核过渡金属配合物的合成、结构及核酸酶活性研究

4.2.1 配体及配合物的合成与表征

4.2.2 晶体结构测定及其描述

4.2.3 配合物的核酸酶活性研究

第三节 多核过渡金属配合物的合成、结构、磁性及核酸酶活性研究

4.3.1 配合物的合成与表征

4.3.2 晶体结构测定及其描述

4.3.3 配合物的核酸酶活性研究

4.3.4 配合物的磁性研究

第四节 小节

参考文献

总结与展望

附录 A:论文所述晶体编号

附录 B:测试方法和仪器

附录 C:攻读博士学位期间发表的学术论文

致谢